DE102006024357A1

DE102006024357A1 - Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der elektrischen Belastbarkeit von Freileitungen mittels Temperaturmessung

Info

Publication number: DE102006024357A1
Application number: DE102006024357A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Strehl; Stefan Dipl.-Ing. Kornhuber; Helmut Prof. Dr.-Ing.habil. Böhme
Original assignee: LDIC GmbH
Current assignee: Doble Lemke GmbH
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2006-05-18
Publication date: 2008-04-10
Also published as: WO2007134597A2; EP2027637A2; ATE522967T1; US20100017153A1; EP2027637B1; US8170817B2; WO2007134597A3

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zur Bestimmung der elektrischen Belastbarkeit von Freileitungen mittels Temperaturmessung. Die Verfahren und Einrichtungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass deren Belastbarkeit einfach sowohl momentan als auch prognostisch bestimmbar ist. Dazu wird über wenigstens einem an der Freileitung angeordneten und mit einem Datenverarbeitungssystem verbundenen Sensor die Temperatur gemessen, die zeitabhängige Temperatur der Freileitung durch den vorhandenen oder einen gewichteten Belastungsparameter bestimmt und aus dem elektrischen Strom und der durch den Sensor gemessenen Temperatur unter Einbeziehung entweder des vorhandenen oder eines gewichteten Belastungsparameters eine zeitabhängige elektrische Belastung im Datenverarbeitungssystem ermittelt. Die Verfahren und Einrichtungen zeichnen sich vorteilhafterweise dadurch aus, dass über die Temperatur an der Freileitung auf die Belastbarkeit der Freileitung selbst geschlossen wird. Die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes von der Temperatur wird über vorhandene oder gewichtete Belastungsparameter zur Ermittlung der elektrischen Belastung der Freileitung herangezogen.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zur Bestimmung der elektrischen Belastbarkeit von Freileitungen mittels Temperaturmessung.
Durch die DE 100 38 815 A1 (Verfahren, System und Anordnung zur Stromüberlastung von Komponenten in einem Mittel- oder Hochspannungsnetz) ist ein Verfahren zur kontrollierten Stromüberlastung wenigstens einer Komponente eines Mittel- oder Hochspannungsnetzes bekamt. Dazu nimmt ein System an wenigstens einen Messort im Bereich der wenigstens einen Komponente sowie in bestimmten zeitlichen Abständen jeweils eine Messung für wenigstens eine die Strom-Überlastbarkeit beeinflussende Messgröße vor. Mit den innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer gewonnenen Messwerte einer Messgröße wird mit einer komponenten- sowie messgrößenspezifischen Gewichtsfunktion mittels mathematischer Faltung eine Faltungssumme gebildet und für wenigstens einen Ort im Bereich der wenigstens einen Komponente oder für die wenigstens eine Komponente insgesamt ein Neuwert für eine die Strom-Überlastbarkeit des Systems beeinflussende Messgröße auf Basis der jeweiligen Faltungssummen ermittelt. Grundlage dieses Verfahrens ist die Kenntnis einer die Strom-Überlastbarkeit direkt beeinflussenden Messgröße. Freileitungen sind aber sich ständig ändernden Umgebungsbedingungen und Energieströmen ausgesetzt.
Der in den Patentansprüchen 1 und 4 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektrische Belastbarkeit von Freileitungen einfach zu bestimmen.
Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1 und 4 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die Verfahren und Einrichtungen zur Bestimmung der elektrischen Belastbarkeit von Freileitungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass deren Belastbarkeit einfach sowohl momentan als auch prognostisch bestimmbar ist.
Dazu wird über wenigstens einem an der Freileitung angeordneten und mit einem Datenverarbeitungssystem verbundenen Sensor die Temperatur gemessen, die zeitabhängige Temperatur der Freileitung durch den vorhandenen oder einen gewichteten Belastungsparameter bestimmt und aus dem elektrischen Strom und der durch den Sensor gemessenen Temperatur unter Einbeziehung entweder des vorhandenen oder eines gewichteten Belastungsparameters eine zeitabhängige elektrische Belastung im Datenverarbeitungssystem ermittelt.
Eine Freileitung ist eine elektrische Leitung insbesondere zur elektrischen Energieübertragung. Als Leiter werden beispielsweise bekannte Stahl-Aluminium-Seile mit Stahlseele für die mechanische Festigkeit und Aluminiummantel für die gute Leitfähigkeit verwendet. Bei höheren Spannungen können mehrere Leiterseile als Bündelleiter montiert sein.
Die Verfahren und Einrichtungen zur Bestimmung der elektrischen Belastbarkeit von Freileitungen zeichnen sich vorteilhafterweise dadurch aus, dass über die Temperatur an der Freileitung auf die Belastbarkeit der Freileitung selbst geschlossen wird. Dazu wird die Temperatur an der Freileitung gemessen und über die vorherrschenden zeitabhängigen Umgebungsbedingungen und die zeitabhängigen Erwärmungen durch die in der Freileitung fließenden elektrischen Energien auf die ebenfalls zeitabhängige Temperatur in der Freileitung als Leitertemperatur zeitabhängig geschlossen. Über die aktuellen Messungen und die aktuell vorherrschenden Umgebungsbedingungen wird auf die Belastbarkeit der Freileitung in kurzer oder langer Zukunft auf Grundlage der jeweiligen Leitertemperaturen und damit der vorherrschenden oder ermittelten elektrischen Belastung geschlossen. Dazu werden die Belastungen geschätzt und die Belastbarkeit über die Anwendung statistischer Methoden berechnet. Mögliche Belastungen der Freileitung in Abhängigkeit dieser Umgebungsbedingungen, sich vorhersagbar ändernder Umgebungsbedingungen und sich ändernder übertragener Energien werden in Abhängigkeit der berechneten Leitertemperaturen zur Ermittlung der elektrischen Belastung einbezogen. Daraus wird eine zukünftige Belastung oder zukünftige Belastungen bestimmt.
Vorteilhafterweise sind mehrere Sensoren zur Messung der Temperaturen an Freileitungen eines Netzes angeordnet. Damit kann der mögliche Energietransport im Netz bestimmt werden, so dass eine optimale Ausnutzung entsprechend der Lieferung und der Abnahme der elektrischen Energie des Netzes möglich ist. Weiterhin können auch insbesondere zuschaltbare Energiequellen, die nicht stetig elektrische Energie liefern, entsprechend der vorhandenen und zukünftigen Belastungen des Netzes leichter in das Netz integriert werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass produzierte Überkapazitäten weitergeleitet, Lastschwankungen ausgeglichen und Überlastungen bestehender Freileitungen vermieden werden können.
In Freileitungsnetzen kann damit ein optimaler Energietransport eingestellt werden. Auf sich abzeichnende Engpässe bei der Abnahme elektrischer Energie oder Überkapazitäten bei der Lieferung elektrischer Energie insbesondere unter Einbeziehung der Umgebungsbedingungen kann in den Schaltwarten leicht manuell vorausschauend reagiert werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2, 3 und 5 bis 9 angegeben.
Mit der gewichteten Temperatur der Freileitung aus dem gewichteten Belastungsparameter und einer Umgebungstemperatur unter Berücksichtigung der Grenztemperatur der Freileitung wird im Datenverarbeitungssystem nach den Weiterbildungen der Patentansprüche 2 und 5 ein Belastungsstrom für die Freileitung als Belastungsprognose der Freileitung ermittelt. Diese Belastungsprognose wird über statistische Verfahren auch über längere Zeiträume zeitabhängig berechnet. Dadurch ist eine optimale zukünftige Auslastung eines Netzes berechenbar. Zukünftige Anbieter und Abnehmer können leicht in diese Belastungsprognose mit einbezogen werden.
Aus vorliegenden Beobachtungswerten, Werten von Einzelmessungen und Einzelmessungen zuzuschreibenden Gewichten werden nach den Weiterbildungen der Patentansprüche 3 und 6 abgeleitete Schätzwerte für gewichtete Belastungsparameter im Datenverarbeitungssystem ermittelt. Gewichte aus Umgebungstemperaturen, Windgeschwindigkeiten, Windrichtungen, Sonnenstrahlung jeweils einzeln oder in mindestens einer Kombination bilden als gespeicherte Daten im Datenverarbeitungssystem die Grundlage zur Ermittlung der Belastungsparameter in naher und ferner Zukunft. Die Gewichte werden aus Erfahrungswerten der Vergangenheit gebildet. Im Zusammenhang mit der Prognose für die Umgebungsbedingungen kann die Prognose der Belastungsparameter der Freileitung im Datenverarbeitungssystem berechnet werden.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 sind an Freileitungen eines Netzes zur elektrischen Energieübertragung Sensoren zur Messung der Temperatur angeordnet und die Sensoren jeweils über einen mit dem Sensor verbundenen Sender mit einem Empfänger verbunden, wobei der Empfänger mit dem Datenverarbeitungssystem zusammengeschaltet ist.
Dadurch wird über Belastungsparameter die elektrische Belastung der Freileitungen eines Netzes ermittelt, so dass eine zeitnahe oder zeitferne Prognose der elektrischen Belastung im Datenverarbeitungssystem bestimmbar ist.
Vorteilhafterweise ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 der Sensor ein akustisches Oberflächenwellenbauelement mit wenigstens einer Antenne. Weiterhin ist jeder der Sensoren über eine Steuereinrichtung mit dem Empfänger des Datenverarbeitungssystems verbunden, wobei die Steuereinrichtung sowohl eine erste Sende-/Empfangseinrichtung für elektromagnetischen Wellen als Verbindung zu dem akustischen Oberflächenwellenbauelement mit der Antenne als auch wenigstens eine zweite Sendeeinrichtung für elektromagnetische Wellen als Verbindung zu dem mit dem Datenverarbeitungssystem zusammengeschalteten Empfänger aufweist. Dadurch ist vorteilhafterweise ein passiver Sensor an der Freileitung platziert, dessen Messwerte drahtlos abgefragt werden können.
Der Sensor ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 an einer Klemme, einem Träger, einen Verbinder oder einer Armatur für die Freileitung angeordnet. Dadurch kann der Sensor leicht an eine bestehende oder neu zu verlegende Freileitungen angeordnet werden. Dabei ist dieser an diesem Elementen angeordnet oder ist ein Bestandteil dieser Elemente.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine Einrichtung zur Bestimmung der elektrischen Belastbarkeit einer Freileitung,
2 die Bestimmung der elektrischen Belastung aus der ermittelten Temperatur an der Freileitung im Überblick,
3 die Bestimmung der elektrischen Belastbarkeit einer Freileitung im Überblick und
4 eine Armatur mit einem Sensor an einer Freileitung.
Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel werden ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung der elektrischen Belastbarkeit von Freileitungen 1 zusammen näher erläutert.
Die Einrichtung zur Bestimmung der elektrischen Belastbarkeit einer Freileitung 1 besteht im Wesentlichen aus einem Datenverarbeitungssystem 4 und wenigstens einem damit verbundenen Sensor 7 zur Messung der Temperatur an der Freileitung 1, wobei der Sensor 7 an der Freileitung 1 angeordnet ist.
Die 1 zeigt eine Einrichtung zur Bestimmung der elektrischen Belastbarkeit einer Freileitung 1 in einer prinzipiellen Darstellung.
Der Sensor 7 zur Temperaturmessung ist an der Freileitung 1 angeordnet. Dazu befindet sich der Sensor 7 an einer Klemme, einem Träger, einem Verbinder oder einer Armatur 6 für die Freileitung 1 oder ist Bestandteil einer Klemme, einem Träger, einem Verbinder oder einer Armatur 6, wobei die Temperatur am Sensor 7 eine Grundlage zur Ermittlung der Temperatur der Freileitung 1 darstellt. Der Sensor 7 ist drahtlos mit einer Steuereinrichtung 3 verbunden oder verbindbar, so dass die Messwerte des Sensors 7 zur Steuereinrichtung 3 gelangen. Die Steuereinrichtung 3 besitzt dazu eine erste Sende-/Empfangseinrichtung für elektromagnetische Wellen als Verbindung zum Sensor 7. Über die gesendeten und empfangenen elektromagnetischen Wellen gelangen die Messwerte des Sensors 7 zur Steuereinrichtung 3. Dazu ist die Steuereinrichtung 3 vorzugsweise ein Computer wie zum Beispiel ein Mikrorechner. Zur Übermittlung der Messwerte des Sensors 7 zum Datenverarbeitungssystem 4 besitzt die Steuereinrichtung 3 eine zweite Sende-/Empfangseinrichtung für elektromagnetische Wellen. Das Datenverarbeitungssystem 4 weist eine dritte Sende-/Empfangseinrichtung für elektromagnetische Wellen auf, so dass die Steuereinrichtung 3 mit denn Datenverarbeitungssystem 4 steuerbar und die Messwerte des Sensors 7 zum Datenverarbeitungssystem 4 drahtlos übertragbar sind. Dazu ist das Datenverarbeitungssystem 4 ein bekannter Computer. Der Sensor 7 befindet sich vorteilhafterweise in Nähe eines Mastes 5 für die Freileitung 1 und die Steuereinrichtung 3 ist am Mast 5 angeordnet. Natürlich können auch mehrere Sensoren 7 mit einer Steuereinrichtung 3 drahtlos verbunden werden.
Die zeitabhängige Temperatur der Freileitung 1 ist durch vorhandene oder gewichtete Belastungsparameter bestimmt. Aus dem elektrischen Strom und der durch den Sensor 7 gemessenen Temperatur wird unter Einbeziehung entweder des vorhandenen oder eines gewichteten Belastungsparameters die zeitabhängige elektrische Belastung im Datenverarbeitungssystem 4 ermittelt. Die Temperatur und die geometrischen und materiellen Eigenschaften der Freileitung 1 bestimmen deren elektrischen Widerstand und die Belastbarkeit der Freileitung 1 selbst.
Zur Anwendung kommen Verfahren der technischen Statistik als Zusammenfassung aller Methoden der Statistik, die in der Technik verwendbar sind oder dafür zugeschnitten werden. Dabei handelt es sich unter anderem um statistische Prüfverfahren und um Regressions- und Korrelationsanalysen zur Aufdeckung und Beschreibung von Zusammenhängen. Grundlage ist eine Versuchsplanung. Aus vorliegenden Beobachtungswerten, Werten von Einzelmessungen und Einzelmessungen zuzuschreibenden Gewichten werden Schätzwerte für gewichtete Belastungsparameter im Datenverarbeitungssystem 4 abgeleitet, so dass aktuelle und zukünftige Belastungsparameter die Grundlagen der in der Freileitung 1 vorhandenen Temperaturen bilden. Dadurch sind Temperaturen der Freileitung 1 in Abhängigkeit der gewichteten Belastungsparameter im Datenverarbeitungssystem 4 und daraus folgernd deren Belastung ermittelbar.
Die 2 zeigt die Bestimmung der elektrischen Belastung aus der ermittelten Temperatur an der Freileitung 1 im Überblick.
Grundlage der gewichteten Belastungsparameter sind die Gewichte aus Umgebungstemperaturen, Windgeschwindigkeiten, Windrichtungen, Sonnenstrahlung jeweils einzeln oder in mindestens einer Kombination, die im Datenverarbeitungssystem 4 gespeichert sind.
In einer Ausführungsform des Ausführungsbeispiels wird mit der gewichteten Temperatur der Freileitung 1 aus dem gewichteten Belastungsparameter und einer Umgebungstemperatur unter Berücksichtigung der Grenztemperatur der Freileitung 1 im Datenverarbeitungssystem 4 ein möglicher Belastungsstrom für die Freileitung 1 als Belastungsprognose der Freileitung 1 ermittelt. Grundlage der gewichteten Temperatur der Freileitung 1 ist die Temperatur des Sensors 7 und die Belastungsparameter der Freileitung 1.
Die 3 zeigt die Bestimmung der elektrischen Belastbarkeit einer Freileitung 1 im Überblick.
Zur Anwendung kommen wiederum Verfahren der technischen Statistik als Zusammenfassung aller Methoden der Statistik, die in der Technik verwendbar sind oder dafür zugeschnitten werden. Dabei handelt es sich unter anderem um statistische Prüfverfahren und um Regressions- und Korrelationsanalysen zur Aufdeckung und Beschreibung von Zusammenhängen. Grundlage ist eine Versuchsplanung. Aus vorliegenden Beobachtungswerten, Werten von Einzelmessungen und Einzelmessungen zuzuschreibenden Gewichten abgeleitete Schätzwerte werden gewichtete Belastungsparameter im Datenverarbeitungssystem 4 ermittelt. Die Gewichte sind aus Umgebungstemperaturen, Windgeschwindigkeiten, Windrichtungen, Sonnenstrahlung jeweils einzeln oder in mindestens einer Kombination im Datenverarbeitungssystem 4 gespeichert.
Der Sensor 7 zur Temperaturmessung ist ein bekanntes akustisches Oberflächenwellenbauelement mit wenigstens einer Antenne 8. Der Sensor 7 ist bekannterweise ein Bauelement aus einem piezoelektrischen Substrat, auf dem ein eingangs- und ausgangsseitiger elektrischer Wandler mit fingerförmiger Struktur aufgebracht ist. Auf Grund der Piezoelektrizität wird elektrische in akustische Energie und umgekehrt umgewandelt. Das Laufzeitverhalten der akustischen Energie wird zur Temperaturmessung angewandt. Natürlich können auch andere bekannte Sensoren zur Temperaturmessung eingesetzt werden.
Der Sensor 7 selbst ist an einer Armatur 6 für die Freileitung 1 angeordnet. Die Armatur 6 ist ein Körper, der mit der Freileitung 1 verbunden ist.
Die 4 zeigt eine Armatur 6 mit einen Sensor 7 an einer Freileitung 1 in einer prinzipiellen Darstellung.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Belastbarkeit von Freileitungen mittels Temperaturmessung, dadurch gekennzeichnet, dass über wenigstens einem an der Freileitung (1) angeordneten und mit einem Datenverarbeitungssystem (4) verbundenen Sensor (7) die Temperatur gemessen wird, dass die zeitabhängige Temperatur der Freileitung (1) durch den vorhandenen oder einen gewichteten Belastungsparameter bestimmt ist und dass aus dem elektrischen Strom und der durch den Sensor (7) gemessenen Temperatur unter Einbeziehung entweder des vorhandenen oder eines gewichteten Belastungsparameters eine zeitabhängige elektrische Belastung im Datenverarbeitungssystem (4) ermittelt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der gewichteten Temperatur der Freileitung (1) aus dem gewichteten Belastungsparameter und einer Umgebungstemperatur unter Berücksichtigung der Grenztemperatur der Freileitung (1) im Datenverarbeitungssystem (4) ein Belastungsstrom für die Freileitung (1) als Belastungsprognose der Freileitung (1) ermittelt wird.
Verfahren nach einen der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus vorliegenden Beobachtungswerten, Werten von Einzelmessungen und Einzelmessungen zuzuschreibenden Gewichten abgeleitete Schätzwerte für gewichtete Belastungsparameter im Datenverarbeitungssystem (4) ermittelt werden, wobei Gewichte aus Umgebungstemperaturen, Windgeschwindigkeiten, Windrichtungen, Sonnenstrahlung jeweils einzeln oder in mindestens einer Kombination im Datenverarbeitungssystem (4) gespeichert sind.
Einrichtung zur Bestimmung der elektrischen Belastbarkeit von Freileitungen, dadurch gekennzeichnet, dass an der Freileitung (1) ein mit einem Datenverarbeitungssystem (4) verbundener Sensor (7) zur Messung der Temperatur angeordnet ist und dass das ein aus der gemessenen Temperatur, dem elektrischen Strom und unter Einbeziehung entweder des vorhandenen oder eines gewichteten Belastungsparameters eine zeitabhängige elektrische Belastung ermittelndes Datenverarbeitungssystem (4) ist, wobei die zeitabhängige Temperatur der Freileitung (1) durch den vorhandenen oder einen gewichteten Belastungsparameter bestimmt ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das ein mit der gewichteten Temperatur der Freileitung (1) aus dem gewichteten Belastungsparameter und einer Umgebungstemperatur unter Berücksichtigung der Grenztemperatur der Freileitung (1) ein Belastungsstrom für die Freileitung (1) als Belastungsprognose der Freileitung (1) ermittelndes Datenverarbeitungssystem (4) ist.
Einrichtung nach einem der Patentansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das ein aus vorliegenden Beobachtungswerten, Werten von Einzelmessungen und Einzelmessungen zuzuschreibenden Gewichten abgeleitete Schätzwerte für gewichtete Belastungsparameter ermittelndes Datenverarbeitungssystem (4) ist, wobei Gewichte aus Umgebungstemperaturen, Windgeschwindigkeiten, Windrichtungen, Sonnenstrahlung jeweils einzeln oder in mindestens einer Kombination im Datenverarbeitungssystem (4) gespeichert sind.
Einrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an Freileitungen (1) eines Netzes zur elektrischen Energieübertragung Sensoren (7) zur Messung der Temperatur angeordnet sind und dass die Sensoren (7) jeweils über einen mit dem Sensor (7) verbundenen Sender mit einen Empfänger verbunden sind, wobei der Empfänger mit dem Datenverarbeitungssystem (4) zusammengeschaltet ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) ein akustisches Oberflächenwellenbauelement mit wenigstens einer Antenne (8) ist und dass jeder der Sensoren (7) über eine Steuereinrichtung (3) mit dem Empfänger des Datenverarbeitungssystems (4) verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung (3) sowohl eine erste Sende-/Empfangseinrichtung für elektromagnetischen Wellen als Verbindung zu dem akustischen Oberflächenwellenbauelement mit der Antenne (8) als auch wenigstens eine zweite Sendeeinrichtung für elektromagnetische Wellen als Verbindung zu dem mit dem Datenverarbeitungssystem (4) zusammengeschalteten Empfänger aufweist.
Einrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) an einer Klemme, einem Träger, einem Verbinder oder einer Armatur (6) für die Freileitung (1) angeordnet oder ein Bestandteil einer Klemme, eines Trägers, eines Verbinders oder einer Armatur (6) ist.